ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР. ЗАЩИТА ОТ ПОМПАЖА
Добавлено: 2008-09-24
Автор:
Антипов Е.Г.ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР. ЗАЩИТА ОТ ПОМПАЖА
Динамическое сжатие газа в центробежных компрессорах достигается увеличением политропного напора потока газа. Такой процесс описывается газодинамическими характеристиками компрессора, которые представлены на двухмерном графике кривой показывающей рабочие точки компрессора.
На режимах работы компрессора близких к расчетной точке (точка А), поток газа согласуется с формой элементов проточной части. При существенном отклонении режимов в потоке возникают различные вторичные течения, возникают сложные физические процессы.
Пересечение линии помпажа (точка В) сопровождается высокочастотными колебаниями, при этом происходит скачкообразное изменение расхода от максимального значения до отрицательного (реверсирование потока).
ПОМПАЖ – это нестационарный, автоколебательный режим работы компрессора с частотой колебаний давления и расхода порядка 0,5 – 2,0 Гц в зависимости от аккумулирующих характеристик сети.
Помпаж сопровождается быстрым ростом температуры газа, появлением сильных толчков и вибрации, что может привести к разрушению компрессора. Помпаж – недопустимое явление для центробежных компрессоров.
Обеспечение эффективной и безопасной работы одна из важнейших задач при проектировании, изготовлении и эксплуатации компрессоров.
При проектировании компрессора границу помпажа стремятся переместить в зону меньших подач, путем выбора геометрических характеристик проточной части.
Для работы при малой производительности компрессор оснащается системой антипомпажной защиты. При уменьшении производительности до границы помпажа включается регулятор, и часть газа через байпасный (помпажный) клапан сбрасывается в атмосферу или на всасывание компрессора. Правильное и надежное антипомпажное регулирование позволяет компрессору работать вблизи линии помпажа, что обеспечивает экономию потребляемой энергии.
Параметры байпасного клапана определяются разработчиком компрессора с учетом следующих критериев:
-пропускная способность клапана должна обеспечивать предотвращение помпажа при любых возможных условиях, включая режимы малых давлений;
-пропускная способность клапана не должна быть слишком большой, чтобы обеспечить плавность регулирования и исключить попадание в зону перегрузок;
-быстродействие клапана должно быть адекватным скорости действующих возмущений;
-предпочтительная характеристика клапанов линейная или равнопроцентная;
-клапан должен устанавливаться как можно ближе к нагнетательному фланцу компрессора, чтобы объемы трубопроводов перед клапаном, были минимальными;
-обратный клапан должен устанавливаться за байпасной линией.
В качестве привода предпочтительным является пневматический (аналоговое управление, высокое быстродействие, перевод в открытое положение при отключении питания и т. д.), но для его надежной работы требуется воздух с высокой степенью очистки и осушки до точки росы минус (40-70)°C. При отсутствии у потребителя качественного воздуха КИП применяются клапаны с электрическим приводом. Перспективным является электропривод, управляемый от частотного преобразователя с источником бесперебойного питания.
Существующие способы защиты от помпажа можно разделить на две группы: параметрический и признаковый.
Центробежные компрессоры в основном оснащаются параметрическими системами антипомпажной защиты. Наличие собственного патента на систему антипомпажной считается престижным, поэтому практически каждый производитель предлагает собственную систему защиты от помпажа. Не смотря на множество патентов работа всех систем параметрической антипомпажной защиты основана на том, что газодинамическая характеристика в координатах - расход по условиям всасывания, степень повышения давления, при постоянной скорости вращения и постоянном молекулярном весе газа имеет единственную точку на границе помпажа. В основном для определения границы помпажа используется измерение расхода реже степень повышения давления. Наилучшим местом установки измерительной диафрагмы является линия всасывания, но установка сужающего устройства на всасывании приводит к снижению к.п.д. компрессора, поэтому изготовители компрессорного оборудования используют – установку диафрагмы на нагнетании с пересчетом расхода на условия всасывания, применение сопел «Вентури», определение расхода по перепаду на местных сопротивлениях (на пример конфузоре). Требования к длинам прямых участков при монтаже сужающего устройства для антипомпажной защиты, как правило, не соблюдаются, поэтому измерение расхода производится с повышенной погрешностью. Измерение степени повышения давления может производиться с высокой точностью, но применение таких систем имеет ряд ограничений:
-максимальная степень повышения давления не всегда совпадает с границей помпажа;
-в случае попадания в помпаж регулятор вырабатывает сигнал на закрытие байпасного клапана, поэтому для надежной защиты от помпажа требуется дополнительно применять признаковый способ распознавания помпажа.
Параметрические системы антипомпажной защиты имеют ряд недостатков:
-в систему зачастую закладываются характеристики не соответствующие реальным параметрам работы;
-процессы протекают на небольших участках времени, поэтому предусматривается запас на время реакции системы;
-граница помпажа обычно определяется по расходу, погрешность измерения расхода в зоне помпажа составляет 5-10%.
Уставку антипомпажного регулятора смещают на 6-10% в сторону большей производительности от границы помпажа. Неверное определение уставки приводит или к недостаточному запасу устойчивости, или к уменьшению эффективности использования компрессора.
Признаковый способ распознавания помпажа заключается в обнаружении особенностей поведения потока газа в компрессоре. Характеристику компрессора можно разделить на пять частей:
-максимальный расход;
-оптимальная работа;
-предсрыв;
-вращающийся срыв;
-помпаж.
Системы обнаружения помпажа механические, а затем электрические на основе колебаний давления, расхода тока двигателя и т.д. начали применяться со средины прошлого века, но не смотря на множество патентов не получили широкого распространения и применялись как дополнительная мера защиты совместно с параметрическими методами. Определение вращающегося срыва при использовании аналоговых средств не представлялось возможным так, как уровень полезного сигнала соизмерим с уровнем шумов, к которым еще добавляются внешние помехи.
Развитие средств измерения и микропроцессорных контроллеров создало предпосылки для создания систем распознавания вращающегося срыва. Создание эффективных систем распознавания вращающегося срыва позволит надежно защитить компрессор от помпажа, сохраняя всю область допустимой работы с высоким кпд. Работы в этой области ведутся как зарубежом так и в России (НИИТурбокомпрессор им В.Б. Шнеппа, Санкт-Петербургский политехнический институт и т.д.).
Для правильного функционирования антипомпажной защиты необходимо определить линию помпажа. Это можно выполнить двумя способами.
1) Использование газодинамических характеристик разработчика компрессора. Этот способ приемлем только для новых компрессоров, т. к. газодинамические характеристики меняются в процессе эксплуатации. Точность не высокая, потому что не учитывается зависимость газодинамических характеристик от специфики установки компрессора и конкретного состава газа.
2) Помпажный тест. Проводится на стадии пусконаладочных работ специально обученным персоналом, с применением специального оборудования в частном случае проведение помпажного теста может, предусмотрено в программном обеспечении антипомпажной защиты. Граница помпажа при проведении теста определяется признаковым методом. Используя помпажный тест можно получить точную границу линии помпажа.
Он в жару под капотом соплей станет и его вакуум мгновенно схлопнет.